1.1　制造模式

1.1.1　產(chǎn)品全生命周期

制造業(yè)是指利用一定的資源（物料、能源、設備、工具、資金、技術、信息和人力等），按照市場要求，產(chǎn)出工業(yè)產(chǎn)品和生活消費產(chǎn)品的行業(yè)。類比人類，產(chǎn)品也具有生命周期，對應產(chǎn)品的“生”到“亡”。產(chǎn)品生命周期是指從產(chǎn)品的市場需求、設計方案等無形的產(chǎn)品描述到生產(chǎn)出實物產(chǎn)品，再到產(chǎn)品的使用，最終報廢回收的整個周期，以汽車為例，其生命周期如圖1-1所示。

盡管產(chǎn)品生命周期的階段劃分因產(chǎn)品而異，但一般可以分為產(chǎn)品規(guī)劃、產(chǎn)品設計（概念設計、詳細設計）、產(chǎn)品生產(chǎn)（工藝設計、生產(chǎn)加工）、產(chǎn)品銷售、產(chǎn)品使用和維護（產(chǎn)品使用、維護服務）、報廢回收6個階段。

①　產(chǎn)品規(guī)劃階段通過分析市場或用戶的需求，制訂新產(chǎn)品開發(fā)計劃或者已有產(chǎn)品的更新?lián)Q代計劃，確定產(chǎn)品的主要技術特征。

②　產(chǎn)品設計階段又可以細分為概念設計和詳細設計兩個階段，根據(jù)對應市場需求的技術要求和約束條件，完成產(chǎn)品技術方案由粗到細、由抽象到具體、由總體到局部的逐步完善，開展設計方案評價，確定產(chǎn)品的各類信息，產(chǎn)生設計模型或文檔。簡而言之，該階段是將新思想、新構思轉(zhuǎn)變?yōu)樾庐a(chǎn)品原型或樣品的過程。

③　產(chǎn)品生產(chǎn)階段則根據(jù)產(chǎn)品的設計結果，統(tǒng)籌安排各種制造資源，從而實現(xiàn)由原材料到產(chǎn)品實物的轉(zhuǎn)變。這是將無形的產(chǎn)品描述轉(zhuǎn)變成實物產(chǎn)品的階段。

④　產(chǎn)品銷售階段則完成產(chǎn)品的買賣和運送等。

⑤　產(chǎn)品使用和維護階段指產(chǎn)品在最終用戶處發(fā)揮其功能作用，包括產(chǎn)品使用和維護服務等內(nèi)容。

⑥　報廢回收階段包括兩方面的工作：一是作為產(chǎn)品個體生命周期的終點，報廢已無法正常發(fā)揮作用（失去使用價值）的產(chǎn)品或產(chǎn)品的零部件；二是作為新個體的組成部分加以回收，使其回到產(chǎn)品生產(chǎn)階段，實現(xiàn)再利用。

事實上，產(chǎn)品生命周期階段的劃分也與制造企業(yè)的組織劃分有密切關系。例如，制造企業(yè)有設計部門、生產(chǎn)部門、銷售部門、服務部門及管理部門。各部門各自完成相應的業(yè)務活動，同時相互銜接協(xié)同工作，促進產(chǎn)品全生命周期的開展。另外，所謂的制造模式，可以針對產(chǎn)品生命周期的某個環(huán)節(jié)（階段）來考慮，也可以針對產(chǎn)品全生命周期來考慮。

1.1.2　制造模式的發(fā)展

制造模式可以理解為基于某種思想和技術的制造企業(yè)的制造業(yè)務組織與實施方式。制造模式可以具體體現(xiàn)在制造戰(zhàn)略上，也可以對應具體的制造系統(tǒng)。從人類創(chuàng)造工具、改造自然開始，可以說就有了相應的制造模式，即使在制造業(yè)（或工業(yè)）形成之前，個體手工勞動也具有一定的制造模式，也就是手工作坊單件生產(chǎn)的制造模式。制造模式更多是指在工業(yè)革命之后所形成的生產(chǎn)組織方式。200多年來的工業(yè)發(fā)展見證了諸多制造模式的形成與變遷。推動或牽引制造模式發(fā)展的因素包括社會發(fā)展、科技進步。

制造模式可以根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品種類和批量加以分類。18世紀中葉到19世紀中葉，蒸汽機和制造設備的發(fā)明促進了手工作坊單件生產(chǎn)的制造模式向機械化的生產(chǎn)模式（單件小批量）轉(zhuǎn)換。19世紀中葉到20世紀前期的電力電氣技術的發(fā)展則進一步促進了大規(guī)模（少品種大批量）自動化生產(chǎn)制造模式的實現(xiàn)，促進了社會大生產(chǎn)。社會經(jīng)濟的發(fā)展和市場需求的多樣化，結合誕生在20世紀40年代的計算機技術等信息技術的發(fā)展，催生了數(shù)控加工技術、計算機輔助設計技術等制造技術，使得制造模式進入了由信息技術驅(qū)動的所謂的先進制造模式時代——多品種小批量生產(chǎn)。針對不同的實際需求，涌現(xiàn)出了眾多各具特色的制造模式和制造系統(tǒng)。當然，由于產(chǎn)品不同，實際上某種變型的大規(guī)模生產(chǎn)方式，如大規(guī)模定制生產(chǎn)制造模式與個性化定制生產(chǎn)制造模式存在于不同的制造行業(yè)。汽車、工程機械、家電、工業(yè)控制器、電子產(chǎn)品等采用大規(guī)模定制生產(chǎn)制造模式，而燃氣輪機、海洋裝備、航天器等則采用個性化定制生產(chǎn)制造模式。

先進制造模式是根據(jù)適用的產(chǎn)品生命周期階段和技術內(nèi)涵予以分類的［1］。自20世紀40年代以來，信息技術一直處于高速發(fā)展時期。20世紀80年代到90年代直至當今時代，先進制造模式可謂層出不窮。無論什么樣的先進制造模式，客觀而言，最終都是要讓制造企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)縮短周期、降低成本、提高質(zhì)量、提高企業(yè)和產(chǎn)品競爭力的目的。典型的先進制造模式包括柔性制造、計算機集成制造、并行工程、精益生產(chǎn)、敏捷制造、智能制造、虛擬制造、網(wǎng)絡化制造等。本節(jié)簡單介紹其中的計算機集成制造、并行工程、精益生產(chǎn)和智能制造。

（1）計算機集成制造［2］。計算機集成制造概念最早由美國Joseph Harrington博士于1973年提出，認為從系統(tǒng)論角度出發(fā)，企業(yè)的各種生產(chǎn)經(jīng)營活動之間是不可分割的，需要統(tǒng)籌考慮；從信息論角度出發(fā)，整個生產(chǎn)制造過程實質(zhì)上是信息的采集、傳遞和加工處理的過程。美國制造工程師學會計算機與自動化系統(tǒng)協(xié)會（SME/CASA）于1985年提出計算機集成制造系統(tǒng)論圖，認為計算機集成制造融合了新的管理理念，使其業(yè)務信息系統(tǒng)能夠無縫集成整個制造企業(yè)的業(yè)務，為推動計算機集成制造模式的推廣，設立了企業(yè)領先獎和大學領先獎。中國從國家863計劃開初就設立了計算機集成制造主題，開展計算機集成制造系統(tǒng)應用示范工程，按照信息集成、過程集成、企業(yè)集成的階段不斷深化。計算機集成制造模式關注企業(yè)研發(fā)設計、生產(chǎn)制造和經(jīng)營管理全業(yè)務，在單元信息系統(tǒng)，例如計算機輔助設計、計算機輔助工藝設計、計算機輔助制造系統(tǒng)的基礎上，通過產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、制造執(zhí)行管理和企業(yè)資源管理平臺實現(xiàn)信息系統(tǒng)集成，實現(xiàn)企業(yè)信息化。實際上，計算機集成制造模式是當今智能制造模式的基礎。

（2）并行工程。并行工程是在20世紀80年代中期，針對傳統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)制造串行模式存在的弊端提出的先進制造模式。它重點關注產(chǎn)品研發(fā)與制造的并行集成，強化產(chǎn)品研發(fā)環(huán)節(jié)信息的及早下發(fā)和產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)評價的及早反饋，甚至達到兩個環(huán)節(jié)的同步進行。并行工程的三大支柱是流程、技術和團隊：流程再造實現(xiàn)了研發(fā)設計與制造等下游環(huán)節(jié)的更好、更有效的集成；面向產(chǎn)品生命周期的設計技術（Design for X）支持將下游信息反饋給設計環(huán)節(jié)，使下游環(huán)節(jié)中可能出現(xiàn)的問題在設計階段及時被發(fā)現(xiàn)并得以解決，最大限度地減少設計反復；團隊則是要求組織進行變革，采用多學科工作組的形式實現(xiàn)各組間的有效協(xié)同工作。

（3）精益生產(chǎn)。豐田生產(chǎn)模式即精益生產(chǎn)模式，于20世紀70年代盛行于日本，并最早在日本制造企業(yè)中被廣泛采用。這一生產(chǎn)模式主要以生產(chǎn)環(huán)節(jié)為對象，瞄準買方市場，實現(xiàn)拉動式生產(chǎn)。精益生產(chǎn)模式將銷售（買方市場）的需求作為生產(chǎn)起點，自后向前拉動整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，消除無效勞動、多余庫存和浪費。技術方面主要包括準時制作業(yè)、全面質(zhì)量管理、成組技術等。

（4）智能制造。Paul K.Wright等人于1988年提出制造智能（Manufacturing Intelligence）的概念，希望綜合運用知識工程、軟件、機器人等人工智能技術，實現(xiàn)經(jīng)驗技能知識的表達應用和智能機器人的應用［3］。事實上，此時，專家系統(tǒng)已經(jīng)應用于計算機的設計，而定性推理技術已經(jīng)嘗試用于電路、機械機構、大型設備的設計和診斷中。智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）概念于1989年由時任日本東京大學校長的吉川弘之（也是一般設計理論的提出者）首次提出。1995年4月，由日本倡導發(fā)起的、多國參與產(chǎn)業(yè)引領的、為期10年的國際智能制造系統(tǒng)（Intelligent Manufacturing System，IMS）聯(lián)合計劃正式啟動。該計劃關注生產(chǎn)活動全球化、地球環(huán)境問題、生產(chǎn)知識繼承、消費者需求等方面的制造業(yè)環(huán)境的變化，致力于有機融合貫穿從訂貨、研發(fā)設計、生產(chǎn)制造到市場銷售全制造過程的智能活動和智能機器，提升生產(chǎn)力。該聯(lián)合計劃的提出恰逢人工智能第二個高潮（知識工程），學術界和產(chǎn)業(yè)界充分意識到人工智能技術成果可能對制造模式和制造技術的影響。因此，智能制造實際上是要通過模擬人類專家的制造智能行為，替代或延伸制造環(huán)境中的部分腦力勞動，實現(xiàn)制造運行的智能化。智能制造技術是人工智能技術與制造技術的融合。其研究方向包括未來制造系統(tǒng)（敏捷制造、分形工廠、生物制造、全企業(yè)集成等）、制造信息處理智能通信網(wǎng)絡、綠色制造、快速原型制造、無人化制造系統(tǒng)、開放分布式制造系統(tǒng)、擴展企業(yè)、虛擬企業(yè)、企業(yè)技術知識管理等。2003年度的10個主要技術領域包括可持續(xù)設計產(chǎn)品及過程、可持續(xù)職場設計、數(shù)字化制造的基于知識的價值創(chuàng)造、智能組織、動態(tài)協(xié)同價值創(chuàng)造網(wǎng)絡、擴展企業(yè)、移動泛在電子商務、虛擬工程與數(shù)字化工廠、數(shù)字化定制制造、納米技術與生物技術。